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一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法

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机械工程学报 2024年第2期60卷 356-368页

作者：韦新鹏姚中洋宝文礼张哲姜潮湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

提出一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法,可高效高精度计算出结构失效的可信度与似真度。首先,对不确定变量空间进行离散,并使用拉丁超立方抽样方法生成克里金模型的初始训练样本;其次,推导基于克里金模型快速判断证... 详细信息

提出一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法,可高效高精度计算出结构失效的可信度与似真度。首先,对不确定变量空间进行离散,并使用拉丁超立方抽样方法生成克里金模型的初始训练样本;其次,推导基于克里金模型快速判断证据变量焦元类别(正焦元、负焦元或边界焦元)的方法及克里金模型的迭代停止条件;再次,根据焦元类别判断方法发展基于功能函数符号预测正确概率的学习函数,可自适应增加训练样本以提高克里金模型关键区域的精度;最后,在克里金模型并非全局精确的情况下判断焦元的类别,并计算出结构失效的可信度和似真度。数值算例显示,该方法能够高效准确地判断所有焦元的类别,进而计算出结构失效可信度和似真度的确切值。

关键词：结构可靠性认知不确定性证据理论主动学习克里金模型

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双层插值边界面法研究进展

力学学报 2024年第5期56卷 1187-1210页

作者：张见明肖榕雄柴朋飞张冲朱腾飞王龙豪湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

CAD/CAE一体化以及CAE分析的自动化是CAE软件发展的必然趋势,一直以来也是众多软件开发商以及算法研究人员不断追寻的目标.尽管国际市场已经在该领域投入相当多的人力以及物力成本,却未能在关键技术方面给出彻底的解决方案.实现CAD/CAE... 详细信息

CAD/CAE一体化以及CAE分析的自动化是CAE软件发展的必然趋势,一直以来也是众多软件开发商以及算法研究人员不断追寻的目标.尽管国际市场已经在该领域投入相当多的人力以及物力成本,却未能在关键技术方面给出彻底的解决方案.实现CAD/CAE一体化以及CAE分析自动化的关键在于完整实体分析与网格的全自动划分.以往,基于连续网格(结构化网格和非结构化网格)的数值算法,要做到网格的全自动划分,至少要求CAD模型“干净”,这往往需要对CAD模型进行几何修复,而几何修复又是一个甚至比网格划分更困难且更难以自动化的课题.而双层插值边界面法以及非连续网格的出现,使得CAD/CAE一体化以及CAE分析的自动化成为可能.非连续网格能够有效地实现自动化的CAE分析;双层插值边界面法为非连续网格的应用以及CAD/CAE一体化的实现提供了理论支持.对于边界积分方程中的奇异以及近奇异积分,提出了球面细分法来提升数值积分的准确性以及稳定性.几何映射交叉近似算法和几何交叉近似算法,能够有效地降低稠密矩阵的存储量近似远场矩阵,满足大规模计算需要.基于以上理论的“5aCAE仿真软件”能够直接在原CAD模型上,采用非连续网格进行CAE分析,无需进行几何模型的简化与修复等工作,而现存的商业软件很难做到这一点.文章全面综述了双层插值边界面法的发展历程,系统地介绍了“5aCAE仿真软件”的技术亮点,为解决我国在CAE领域的“卡脖子”问题提供了技术支持.

关键词： CAD/CAE一体化自动化CAE 双层插值边界面法非连续网格

流-热-力耦合的高性能结构拓扑优化设计方法

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中国机械工程 2024年第3期35卷 487-497页

作者：李荣启闫涛何智成米栋姜潮郑静湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热-力耦合或者流-热耦合的设计,且大多局限于简单结构,未考虑流-热-力三场共同作用下的设计,限制了结构性能的提升。... 详细信息

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热-力耦合或者流-热耦合的设计,且大多局限于简单结构,未考虑流-热-力三场共同作用下的设计,限制了结构性能的提升。针对流-热-力多物理场工况下的高性能复杂结构设计这一挑战,提出了一种流-热-力耦合拓扑优化方法,以提高复杂结构的承温能力。首先引入流场、温度场和结构位移场的控制方程,对计算域的流固材料进行统一表征;然后以最小化平均温度为目标,以流动能量耗散和结构柔度为约束,建立了流-热-力耦合的拓扑优化模型,并结合变分法和拉格朗日函数开展了设计变量的灵敏度分析;最后将所建立的拓扑优化模型应用于涡轮的结构设计,得到了散热性能良好、流道分布合理的可增材制造结构。

关键词：拓扑优化变密度法多物理场高性能结构

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基于改进预瞄控制模型的车道保持系统设计

中国机械工程 2024年第3期35卷 548-558页

作者：梁永彬付广林智桂何智成张家洛陈涛上汽通用五菱汽车股份有限公司柳州545007 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

为解决扭矩控制的车道保持(LKA)系统鲁棒性不高、受车辆制造一致性以及路面激烈干扰影响大的问题,采用神经网络技术、Autofix算法及预瞄反馈控制理论,利用预期轨迹决策和跟随PID控制算法设计了一套基于角度控制的车道保持系统。基于Cars... 详细信息

为解决扭矩控制的车道保持(LKA)系统鲁棒性不高、受车辆制造一致性以及路面激烈干扰影响大的问题,采用神经网络技术、Autofix算法及预瞄反馈控制理论,利用预期轨迹决策和跟随PID控制算法设计了一套基于角度控制的车道保持系统。基于Carsim/Veristand/MATLAB搭建了硬件在环仿真试验平台,通过虚拟仿真验证了该车道保持系统设计的有效性与准确性。基于GB/T 39323—2020、CN-CAP—2021、Euro-NCAP—2022并结合实车调试及用户关注场景对车道保持系统的测试要求,通过仿真及实际场景对比验证得出以下结论:相对于扭矩控制的LKA系统,在相同使用场景下,使用角度控制的车道保持系统具有较好的车道保持能力、稳定性、适应性和鲁棒性。

关键词：车道保持系统角度控制预瞄控制 Autofix算法比例-积分-微分控制

超临界二氧化碳系统用箔片气体动压轴承静特性研究

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振动工程学报 2024年第5期37卷 875-884页

作者：朱鹏程管玉坤门日秀程振宇冯凯湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082 中国北方发动机研究所柴油机增压技术重点实验室天津300400

超临界二氧化碳动力循环系统对实现节能减排的目标有着十分积极的作用。针对一种箔片气体动压轴承结构建立了计算模型,并通过拟合非理想状态气体超临界二氧化碳的密度与压力之间的关系,基于传热学模型和气体润滑能量方程分析了轴承气膜... 详细信息

超临界二氧化碳动力循环系统对实现节能减排的目标有着十分积极的作用。针对一种箔片气体动压轴承结构建立了计算模型,并通过拟合非理想状态气体超临界二氧化碳的密度与压力之间的关系,基于传热学模型和气体润滑能量方程分析了轴承气膜温升,结合实际运行过程中出现的湍流效应修正润滑气体雷诺方程、耦合力学分析模型和能量方程,分析S-CO_(2)介质箔片气体动压轴承的静特性,并与空气作为介质进行对比分析不同系统参数和湍流参数对轴承特性的影响规律。结果表明:相较于空气而言,使用超临界二氧化碳作为润滑介质的箔片气体动压轴承具有较高的承载力,而且在一定范围内随着轴承直径和宽度的增加、偏心率的上升、轴承间隙的减小、转速的提高等,轴承承载力均可以增大;对于湍流影响因素来说,在一定范围内随着局部雷诺数和湍流系数的增加、气体动力黏度和密度的提高、高温环境下环境温度的降低等,轴承承载力将会增大。

关键词：箔片气体动压轴承雷诺方程超临界二氧化碳承载力

基于新型三角形壳元和多重动态自适应方法的薄板冲压成形分析

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机械工程学报 2024年第14期60卷 153-165页

作者：赵妍李射崔向阳湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 湖南迈曦软件有限责任公司长沙410082

薄板冲压成形是利用金属板料的塑性,在模具的外力作用下成形的工艺方法。从薄板冲压成形过程的关键技术出发,开发用于薄板冲压成形所需的新型三角形壳单元;基于更新的拉格朗日框架,嵌入用于材料非线性求解的隐式径向返回算法;开发用于... 详细信息

薄板冲压成形是利用金属板料的塑性,在模具的外力作用下成形的工艺方法。从薄板冲压成形过程的关键技术出发,开发用于薄板冲压成形所需的新型三角形壳单元;基于更新的拉格朗日框架,嵌入用于材料非线性求解的隐式径向返回算法;开发用于接触分析的接触搜索算法和接触力计算方法,求解薄板冲压成形问题。计算效率与计算精度之间的平衡是薄板冲压成形有限元仿真的关键,应用几何与能量结合的误差准则提高加密范围的准确性,引入根据几何矢量插入新节点的方法来减少接触计算的迭代,提出一种多重动态自适应算法。随着计算过程中变形区域与应力集中区域的变化,对网格进行多重“加密-聚合-加密”。通过有限元仿真实例对比,表明此算法能够保证计算精度的前提下提升计算效率。

关键词：新型三角形壳元剪切自锁薄板冲压成形有限元仿真网格动态自适应

协同Orowan绕过和攀移机制的镍基高温合金蠕变新模型

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1167-1177页

作者：李昉袁丁玲陈康华陈送义李理中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 中南大学轻合金研究院长沙410083 湖南大学机械与车辆工程学院汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

提出一种用于准确便捷预测析出相增强镍基高温合金稳态蠕变速率的蠕变新模型。基于析出相的空间分布,采用概率依赖的方法将位错-析出相交互作用中Orowan绕过和位错攀移机制的协同模式耦合到新的蠕变模型中。结果表明,新模型预测的稳态... 详细信息

提出一种用于准确便捷预测析出相增强镍基高温合金稳态蠕变速率的蠕变新模型。基于析出相的空间分布,采用概率依赖的方法将位错-析出相交互作用中Orowan绕过和位错攀移机制的协同模式耦合到新的蠕变模型中。结果表明,新模型预测的稳态蠕变速率与实验数据吻合很好。此外,当前模型不再依赖于可调参数;同时,确定了阈值应力与温度的定量关系。这项工作为蠕变变形过程中位错-析出相交互作用提供新思路,并为设计具有更优异蠕变性能的析出强化合金提供有效模型。

关键词：镍基高温合金蠕变模型稳态蠕变速率阈值应力

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钢-铝混合驾驶室材料-结构轻量化设计

汽车工程 2024年第4期46卷 735-744,690页

作者：王超李明成艾国何智成于万元湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 广西科技大学机械与汽车工程学院柳州545006 柳州职业技术学院柳州545001

为了得到更为完善的商用车驾驶室轻量化设计,提出了钢-铝混合驾驶室材料-结构一体化轻量化方法。首先基于灵敏度分析、等刚度近似理论与等强度理论建立了性能驱动的材料选择方法,并针对钢制驾驶室初步设计了钢-铝混合材料方案。然后通... 详细信息

为了得到更为完善的商用车驾驶室轻量化设计,提出了钢-铝混合驾驶室材料-结构一体化轻量化方法。首先基于灵敏度分析、等刚度近似理论与等强度理论建立了性能驱动的材料选择方法,并针对钢制驾驶室初步设计了钢-铝混合材料方案。然后通过折衷规划法的拓扑优化识别了驾驶室关键传力路径,并加强了相关结构。其次考虑驾驶室零件厚度、截面尺寸设计参数,建立了驾驶室质量、刚度及模态性能的径向基函数的代理模型,并采用多目标粒子群优化方法对驾驶室进行多目标优化设计。优化结果表明,在满足驾驶室刚度、模态和碰撞性能的要求下,驾驶室质量减轻了12.8%。该方法对钢-铝混合驾驶室轻量化有实际的工程指导价值。

关键词：商用车驾驶室钢-铝混合轻量化拓扑优化多目标粒子群优化

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基于机器视觉的汽车车门三维定位引导

中国机械工程 2024年第9期35卷 1677-1687页

作者：那一鸣胡超邱业余卢礼兵宋凯湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 比亚迪汽车工业有限公司长沙420021

目前车间中常通过预先示教机械臂运动轨迹的方式对夹具上位姿固定的零部件进行引导抓取,存在人机工程性差且智能化程度较低等问题。机器视觉作为非接触感知测量的有效手段已在工业场景中有所应用。基于单目视觉位姿测量技术建立多相机n... 详细信息

目前车间中常通过预先示教机械臂运动轨迹的方式对夹具上位姿固定的零部件进行引导抓取,存在人机工程性差且智能化程度较低等问题。机器视觉作为非接触感知测量的有效手段已在工业场景中有所应用。基于单目视觉位姿测量技术建立多相机n点透视定位模型和机械臂引导模型,实现了对零部件的空间感知和引导抓取。提出一种用于补偿机械臂和视觉模块系统误差的多零位锚点的预标定方法,有效减小了大尺寸零部件的定位引导误差。

关键词：机器视觉自动化定位引导 n点透视相机模型多零位锚点